非易失性内存权衡加剧

非易失性内存越来越复杂的高级节点,在价格、速度、力量和利用率都喂到一些非常特定于应用程序的权衡,记忆的地方。

NVM可以嵌入一个芯片,或者它可以移动与各种类型的芯片互连技术。但这一决定是更复杂的比它可能首先出现。这取决于流程节点电压,NVM的类型和存储,以及整个芯片或系统的预算。

“最好的处理器使用最小的几何图形的过程,进而将NVM的最高需求,”史蒂文说哇,Rambus研究员、著名的发明家。NVM”的一些挑战是相对困难的扩展能力,更小的几何图形,和需要实现更高的电压编程细胞。可能需要更多的死亡区域来更好的支持能力所需的额外处理器核心过程的几何图形,和额外的生产成本可能需要支持更高的电压。

这已经变成了一个平衡能力/性能改进较小的几何图形,可以嵌入成本效益多少内存。

“在非易失性内存,当你走到40 nm,嵌入的成本变得非常高,”拉斐尔Mehrbians说,副总裁和总经理Adesto内存产品部门的技术。“作为一个结果,你可能会使用更多的内部存储器,然后委托NVM外部设备。但是当你这样做,挑战就有足够的带宽性能能够高效地执行的。”

一些单片机公司搬到外部存储器而不是内存,并使用更高性能的八进制NVM能够做到这一点,Mehrbians说。

这样做的优点之一是简单。所以裸NAND闪存设备趋势成固态硬盘和存储卡,用更少的要求设备(存储控制器除外),需要接口直接与裸露的NAND闪存,”马克·格林伯格说,集团的产品营销总监节奏。

“增加设备的多样性SPI串行外围接口总线,和扩散速度更高的SPI接口——特别是四SPI,八进制SPI, xSPI——它开始成为一个非常有趣的巴士除了引导,直接从这车执行,”格林伯格说。

这种方法是明显的单片机从NXP没有嵌入式内存芯片上。

“他们已经扩展这个家庭在过去的两年里,和所有的产品依赖于外部内存而不是芯片内存,”吉迪恩Intrater说,在Adesto首席技术官。“通过这样做,他们实际上最终的设计比其他供应商更有价格竞争力的,他们仍然提供比竞争对手更多的性能,因为较低的权力。”

NXP已经能够达到600 MHz,相比其他供应商贴臂相同的核心,但只有达到400 MHz。单片机实现50%更高的频率,因为他们使用这一过程没有闪存。即使在40纳米,有区别的版本支持嵌入式和non-embedded的过程。下面,它变得越来越困难。有时它只是成本,但有时也是过程的功能,Intrater说。

“过去你可以建立一个单片机在旧工艺技术容易适应非易失性内存,但要求物联网设备在网络的边缘正在增加,”他说。“你想做人工智能在边缘,你想让智能节点,所以你需要提供更多的性能。和交付的性能在一个古老的过程中需要大量的权力,为了匹配能力和性能的需求,人们正在设计28 nm,甚至下面的边缘,在这一过程中节点只是没有任何非易失性内存。”

这是一个不同的方式看问题。“如果你看一个闪存/ NVM,在一个典型的设计,99%的时间是在睡眠模式下,“Mehrbians说。“你的固件下载到外部SRAM内存或。然后执行。因此,大多数的这些记忆被设计成最低功率当他们在睡眠模式下,但一旦你执行它,那么这并不是最好的设计了。你想要一个最低设计力量积极模式。”

权衡的问题
这并不是在所有情况下,工作和保持之间的权衡NVM片上或移动芯片外是依赖于应用程序的。

“有些应用程序仍然需要大量的NVM,如果你谈论4 mb以上,那么你谈论NVM嵌入不是这样一个可行的选择,”克里希纳Balachandran说,产品营销经理在Synopsys对此NVM IP。“这是昂贵的嵌入。在这种情况下,可以使用离散对NVM的记忆,像一个flash芯片(通常也没有flash),或者嵌入式flash。然而,嵌入flash是为什么它很贵,因为嵌入式flash过程包括额外的面具,额外的步骤,和成熟的嵌入式flash过程滞后的最新和最先进的逻辑过程。”

虽然大量的硅是运行在10/7nm逻辑流程,与用户现在谈论搬到5 nm,嵌入flash是主流40 nm和28 nm。说:“下面,你没有Balachandran。“没有finFET嵌入flash的过程,这是因为它很昂贵的开发,这是非常昂贵的部署,并获得良好的收益。只是不容易做到技术上。这就是源于成本角度。在40纳米,是嵌入式flash的过程。是成熟的,它工作得很好从技术的观点。问题是所有的额外的步骤和面具,必须放在硅增加了成本。同时,NVM,还需要额外的测试。你需要烤的筹码。 You have to heat it to a high temperature to make sure that the memory doesn’t just go away — that it’s not volatile. You have to put it to these stringent tests to mimic the aging of the memory, including mimicking high-temperature harsh surroundings. It might be to ensure that the data is retained over a long period of time. For a commercial application, typically the spec is 10 years. If it’s for automotive, the spec is 15 years. So much depends on the application.”

为什么嵌入NVM工程团队,实现一些功率降低,或减少芯片计数。是一样的原因嵌入SRAM或任何其他类型的内存芯片,Balachandran说。

解剖NVM
基本上,有两种类型的NVM。多可编程(MTP) NVM可以多次被编程。一次性可编程(OTP) NVM可以被编程一次。

一些MTP NVM将与标准CMOS工艺,即没有额外的步骤或面具。相反,它可以使用标准的CMOS工艺制造的,这意味着它可以继续拓展。但是MTP版本需要浮栅,像一个flash细胞。

“这意味着有一个电荷,困在一个浮动的大门,“Balachandran说。“还有常规的门和晶体管。当你把它擦掉,你删除从浮置栅极电荷。这浮栅需要更厚的氧化,而不是所有进程提供。这就是为什么MTP比例基本上停在40 nm和28 nm。除此之外,很难做到,因为氧化厚度没有让它发生。”

然而,如果NVM可以嵌入在相同的逻辑过程无需进行调整的过程,然后更可控的成本,而这正是Synopsys对此收购Sidense和Kilopass后,这两个OTP NVM的开发版本。

“Synopsys对此看到发生了什么,这就是为什么我们收购了两家公司的OTP空间,因为OTP技术不需要厚氧化所需的MTP,和没有浮栅,“Balachandran说。“在这个技术,称为antifuse,细胞的原理完全不同于一个传统的flash类型的细胞,没有电荷被困或被删除从所谓的浮栅。相反,我们打破氧化允许传导通道0。通过将氧化,然后施加高电压,然后传导的渠道,成为1。这是你如何区分在0和1之间。一旦你打破氧化,是不可逆的,因为它是不可逆的,你不能改变它再次从1到0。一旦你一个1,保持1这意味着只有一次性可编程”。

OTP NVM是可伸缩的,有趣的是,他指出,“没有基本极限去哪里因为每个逻辑氧化过程有一个和你总能找到合适的电压来打破氧化,所以没有什么身体上的限制我们做。”

这项技术的潜在应用包括独特的id芯片,为模拟电路以及校准,往往会随着时间的漂移。包括削减设置存储在数模转换器,和像素像素校正不作为他们应该出现。像素校正,显示驱动芯片的OTP,所以开启电源,芯片可以阅读它,正确的像素基于系数OTP存储。

“你可能想要使用这个OTP NVM的安全,“Balanchandran说。“假设你有一个移动芯片和你想使用支付宝或谷歌支付或苹果支付,,你想进行身份验证。OTP NVM可用于密钥存储,通常一次。你不需要re-program它很多次。你不会改变您的苹果ID。这不是一个巨大的比特数,但你商店,然后您可以使用它来验证。也为金融交易,它可以用来验证版权信息。在机顶盒应用程序中,它可以确保机顶盒用户不是黑客和免费获取内容。在这里,主要的SoC可以实现硬件安全而不是实现软件的水平。这是更基本,更难破解,所以你在OTP存储它。然后,当芯片的权力,它读取从OTP这个关键,只有你买了访问,那么您可以查看特定的内容。”

结论
应用范围很广要求专门的内存访问,工程团队有自己的工作要做选择时,如何NVM的地方。较小的几何学图形之间的权衡需要平衡成本,这将由应用程序有很大区别。

在人工智能中,例如,需要较小的节点只是适合更多的处理器和加速器,进而需要更高的电压。但NVM是否保持芯片上或移动芯片外并不总是很明显,尤其是在很少情况下,内存使用或添加不同电压轨是必需的。